что такое жесткость материала
Что такое жесткость?
Жесткостью называется характеристика, отражающая потенциал системы (изделия, конструкции и т.д.) по сопротивлению деформированию (в т.ч. и упругому) при воздействии механических нагрузок. Её можно выразить как отношение между приращениями величин нагрузки и смещения, для случаев, когда зависимость между силой воздействия и смещением линейна, что типично для сжатия/растяжения, а также изгибающего и скручивающего моментов, воздействующих на объекты.
Жесткость — важная характеристика
Этот параметр входит в число важнейших для оценки работоспособности (пригодности к эксплуатации) машин и механизмов. Он не менее (а иногда и более) важен, чем износостойкость, предел прочности, ударная вязкость, вибростойкость и т.д. Его значение крайне велико для оборудования, где требуется высокая точность. Именно поэтому обрабатывающие станки обычно являются более металлоемкими изделиями (и имеют большую массу) чем машины иного назначения той же мощности. Это объясняется тем, что модуль упругости «Е» при увеличении материалоемкости растет медленнее чем прочностные параметры.
Так, обеспечив гарантированно достаточный запас прочности механизма (например, при замене углеродистой стали на легированную) возможна ситуация, когда необходимая сопротивляемость деформациям достигнута не будет из-за незначительности роста модуля упругости (а именно от него она и зависит).
Требования к технической системе, выполнение которых обеспечивается её жесткостью:
Баланс податливости
Степень влияния отдельных узлов или деталей на устойчивость к деформации конструкции в целом может значительно различаться. Для верного определения проблемных точек конструкции нужно установить долю податливости (характеристика обратная сопротивляемости деформациям), вносимую каждым элементом. Именно это и называется балансом податливости. При этом совокупная податливость машины всегда выше, чем у наиболее податливой её части.
С этих позиций критерием сбалансированности можно считать степень равномерности долей её узлов и деталей в общей податливости. Но в реальных механизмах всегда имеются проблемные элементы, которые в основном и определяют деформируемость всей машины. Так, на упругие смещения суппортов в токарных станках приходится половина от совокупной деформации. И чем больше в машине звеньев, делающих её более податливой, тем ниже удельная доля максимально жестких деталей и узлов в общем балансе.
Нормирование жесткости
У некоторых категорий механизмов (например, металлообрабатывающих станков) характеристики податливости/жесткости нормируются. Так, для оборудования, выполняющего обработку режущим инструментом с узкими кромками (токарные, расточные, строгальные и т.п.) нормативные показатели меняются пропорционально 1/3 базового размера станка, а там где используется широкий инструмент (фрезы, абразивные круги и т.д.) данная пропорция составляет 2/3. За базовый размер у токарных станков принимается предельно допустимый диаметр обрабатываемой заготовки, а у фрезерных – ширина стола.
Факторы, определяющие жесткость конструкций
Жесткость конструкций определяют следующие факторы:
Модуль упругости является устойчивой характеристикой металлов, мало зависит от термообработки и содержания (в обычных количествах) легирующих элементов и определяется лишь полностью атомно-кристаллической решеткой основного компонента. Из технических металлов только W, Мо и Be имеют повышенный модуль упругости (соответственно Е = 40, 35 и 31·10 4 МПа).
Однако применение того или иного материала по большей части определяется условиями работы детали. Поэтому главным практическим средством увеличения жесткости является маневрирование геометрическими параметрами системы.
Влияние линейных размеров детали невелико для случая растяжения-сжатия (жесткость обратно пропорциональна первой степени длины) и очень значительна при изгибе (жесткость обратно пропорциональна третьей степени длины).
Наиболее простой способ уменьшения деформаций заключается в уменьшении уровня напряжений. Однако этот путь нерационален, так как он сопряжен с увеличением массы конструкции. В случае изгиба рациональным способом уменьшения деформаций является целесообразный выбор формы сечений, условий нагружения, типа и расстановки опор. Поскольку влияние линейных параметров системы при изгибе велико [формула (51)], то в данном случае имеются эффективные способы увеличения жесткости, позволяющие уменьшить деформации системы в десятки раз по сравнению с исходной конструкцией, а иногда практически полностью исключить изгиб.
В случае кручения эффективными средствами повышения жесткости являются уменьшение длины детали на участке кручения и, особенно, увеличение диаметра, так как полярный момент инерции возрастает пропорционально четвертой степени диаметра. В случае растяжения-сжатия возможность увеличения жесткости гораздо меньше, так как форма сечения не играет никакой роли, а деформации зависят только от площади сечения, которая определяется условием прочности. Единственным способом повышения жесткости здесь является уменьшение длины детали. Если же длина задана, то остается только переход на материалы с более высоким модулем упругости.
Деформация зависит не только от максимального действующего напряжения в опасном сечении детали, но и от закона распределения напряжений по всем остальным сечениям, т. е. от формы детали по ее длине. Равнопрочные детали (у которых максимальные напряжения во всех сечениях одинаковы) обладают наименьшей жесткостью.
Жесткость за пределами упругих деформаций. На практике приходится учитывать возможность появления пластических деформаций. Даже в системах, рассчитанных па работу в пределах упругости, нередко возникают местные пластические деформации в слабых местах конструкции, на участках концентрации напряжений и в элементах, неблагоприятно расположенных относительно действующих сил, и т. д. Общие или местные пластические деформации могут возникнуть на перегрузочных режимах работы. Важно, чтобы эти деформации не нарушали работоспособность детали.
Поведение материала в этих условиях можно проследить на диаграмме нагрузка — относительная деформация для случая растяжения пластичной стали (рис. 92).
Пока деталь работает в области упругих деформаций (при нагрузках меньших, чем 45 кН), последние незначительны (в среднем ε устойчивость системы. Конструкции такого рода склонны в известных условиях при напряжениях, безопасных с точки зрения номинального расчета на прочность и жесткость, подвергаться резким местным или общим деформациям, носящим характер внезапного крушения.
Главным средством борьбы с потерей устойчивости (наряду с повышением прочности материала) является усиление легко деформирующихся участков системы введением местных элементов жесткости или связей между деформирующимися участками и узлами жесткости.
Эффективными способами увеличения жесткости составных систем являются силовая затяжка соединения, посадка с натягом, увеличение опорных поверхностей и придание деталям повышенной жесткости на участках сопряжения.
ЖЁСТКОСТЬ
Полезное
Смотреть что такое «ЖЁСТКОСТЬ» в других словарях:
Жёсткость воды — Жёсткость воды совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»). Содержание 1 Жёсткая и… … Википедия
Жёсткость (значения) — Жёсткость: Жёсткость воды Жёсткость в математике Жёсткость способность материалов или тел сопротивляться возникновению деформации. Жёсткость магнитная в электродинамике определяет воздействие магнитного поля на движение заряженной частицы.… … Википедия
Магнитная жёсткость — Размерность L2MT 3I 1 Единицы измерения СИ вольт СГСЭ … Википедия
жёсткость — см. жёсткий; и; ж. Жёсткость мяса. Жёсткость характера. Жёсткость сроков. Жёсткость воды … Словарь многих выражений
жёсткость воды — совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно солей кальция и магния. Использование жёсткой воды приводит к осаждению твердого осадка (накипи) на стенках паровых котлов, теплообменников, затрудняет варку пищевых… … Энциклопедический словарь
Жёсткость — У этого термина существуют и другие значения, см. Жёсткость (значения). Жёсткость способность конструктивных элементов деформироваться при внешнем воздействии без существенного изменения геометрических размеров. Основной характеристикой… … Википедия
жёсткость излучения — жёсткость воды — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы жёсткость воды EN radiation hardnesshardnessHh … Справочник технического переводчика
контактная жёсткость — жёсткость контакта — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы жёсткость контакта EN contact rigidity … Справочник технического переводчика
Жёсткость воды — совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов Са2+ и Mg2+. Суммарная концентрация ионов Ca2+ (кальциевая Ж. в.) и Mg2+ (магниевая Ж. в.) называется общей Ж. в. Различают Ж. в. карбонатную и некарбонатную. Карбонатная Ж. в.… … Большая советская энциклопедия
Жёсткость погоды — (a. severity of weather; н. Scharfegrad der Wefferverhaltnisse; ф. rudesse du temps; и. rudeza del tiempo) характеристика состояния атмосферы, комплексно учитывающая температурное и ветровое воздействие на человека. Используется при… … Геологическая энциклопедия
ЖЁСТКОСТЬ — ЖЁСТКОСТЬ, жёсткости, мн. нет, жен. (книжн.). отвлеч. сущ. к жесткий. Жесткость характера. Излишняя жесткость воды делает ее негодной для питья. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ЖЁСТКОСТЬ
Найдено 1 изображение:
Распределение относительных изгибной и крутильной жёсткостей по размаху крыла для пассажирского самолёта.
жёсткость авиационных конструкций способность конструкций летательного аппарата сопротивляться деформациям под действием внешних сил, а также мера сопротивления этим силам. Значение Ж. определяется связью показателя упругих деформаций и нагрузки. Ж. одна из важнейших характеристик летательного аппарата, от которой непосредственно зависит безопасность его эксплуатации, является показателем совершенства конструкции по условиям статической и динамической аэроупругости, а также статической прочности.
Мера безопасности конструкции от флаттера, а также эффективность органов управления (но не критическая скорость реверса) прямо зависят от Ж. проводки управления. Для современных самолётов характерно снижение относительной Ж. конструкции, обусловленное ростом скоростей полёта, использованием всё более тонких аэродинамических профилей, высокопрочных материалов, увеличением размеров и нагревом конструкции летательных аппаратов.
Снижение Ж. или увеличение упругости ведёт к усложнению требований к конструкции, которая должна быть не только прочной, но также обеспечивать безопасность от флаттера, управляемость и устойчивость летательного аппарата. Деформации самолёта оказывают сильное влияние и на его форму в полёте, несущие свойства, распределение аэродинамических нагрузок. Например, для летящего горизонтально самолёта со стреловидным крылом характерно снижение изгибающих моментов в корне крыла, обусловленное только упругостью конструкции. Для других самолётов, например, бесхвостой схемы и с крылом малого удлинения, возможно увеличение нагрузок и напряжений в корне крыла. С начала 30-х гг. осуществляется нормирование допустимых общих деформаций авиационных конструкций. Важное значение имеет правильное определение жёсткостных характеристик сложных конструкций, а при необходимости их рациональное изменение и упрощённое воспроизведение с использованием моделирования явлений аэроупругости в аэродинамических трубах на упруго- и динамически-подобных моделях. Современные расчётные и экспериментальные методы определения жёсткостных характеристик тесно связаны с исследованиями прочности самолёта, в частности на основе метода конечного элемента и статических испытаний самолёта.
Жесткость
Жесткость – физическая характеристика элемента конструкции, коэффициент пропорциональности (в пределах закона Гука) между усилием (осевой силой, крутящим моментом, изгибающим моментом) и относительной линейной, угловой деформацией или кривизной.
[Портик А. А. Все о пенобетоне. – СПб.: 2003. – 224 с.]
Жесткость – характеристика конструкции, оценивающая способность сопротивляться деформациям.
Жёсткость – характеристика элемента конструкции, определяющая его способность сопротивляться деформации (растяжению, изгибу, кручению и т.д.); зависит от геометрических характеристик сечения и физических свойств материала.
[Новый политехнический словарь, Москва, Научное издательство, 2000г.]
Жесткость — степень деформативности материала или конструкции при воздействиях.
Полезное
Смотреть что такое «Жесткость» в других словарях:
жесткость — – характеристика концентраций определенных примесей в растворе. Словарь по аналитической химии [3] • жесткость воды карбонатная жесткость воды некарбонатная жесткость воды … Химические термины
жесткость — негибкость, несгибаемость, твердость; черствость, неумолимость, строгость, суровость, резкость, крутость, огрубелость, деревянистость, безоговорочность, цепкость, загрубелость, нетерпимость, жестковатость. Ant. мягкость Словарь русских синонимов … Словарь синонимов
жесткость — Способность материала, тела или конструкций сопротивляться деформации [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] жесткость Отношение возбуждающей силы к вызываемому ею смещению элемента упругости. Величина,… … Справочник технического переводчика
ЖЕСТКОСТЬ — характеристика элемента конструкции, определяющая его способность сопротивляться деформации (растяжению, изгибу, кручению и т. д.); зависит от геометрических характеристик сечения и физических свойств материала (модулей упругости) … Большой Энциклопедический словарь
Жесткость — авиационных конструкций способность конструкций летательного аппарата сопротивляться деформациям под действием внешних сил, а также мера сопротивления этим силам. Значение Ж. определяется связью показателя упругих деформаций и нагрузки. Ж. одна… … Энциклопедия техники
ЖЕСТКОСТЬ — (Stiffness) сопротивляемость сооружений, механизмов и их отдельных частей деформациям, возникающим в них под действием внешних сил (нагрузки). Ж. стоек, подверженных продольной нагрузке, понижается с увеличением их длины и с уменьшением… … Морской словарь
Жесткость — способность металлоконструкции или ее элемента не подвергаться деформации под воздействием внешних механических нагрузок. Источник: Словарь архитектурно строительных терминов способность материала или дорожной конструкции сопротивляться упругому… … Строительный словарь
Жесткость — – способность металлоконструкции или ее элемента не подвергаться деформации под воздействием внешних механических нагрузок … Словарь строителя
жесткость — 161 жесткость Характеристика опалубки и ее элементов, зависящая от материала (модуль упругости Е) и момента инерции сечения опалубки Источник: ГОСТ Р 52086 2003: Опалубка. Термины и определения оригинал документа Жесткость характеристика… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Жесткость — [stiffness, rigidity] способность тела или конструкции сопротивляться возникновению деформации; физико геометрическая характеристика поперечного сечения конструкции. При деформировании в пределах закона Гука жесткость определяется произведение… … Энциклопедический словарь по металлургии